【摘要】：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,能源危機和環(huán)境污染日益嚴(yán)重,開發(fā)清潔、安全、無污染、可持續(xù)發(fā)展的新能源已經(jīng)迫在眉睫。同其他新型環(huán)保能源相比,如水能、風(fēng)能、地?zé)崮�、潮汐能�?太陽能具有來源豐富、不受地域限制、無噪音、無污染等優(yōu)點,如何高效利用太陽能已成為科學(xué)家們研究的重要課題。其中,有機太陽能電池(OSCs)具有成本低、質(zhì)量輕、可柔性制備等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注和研究。本論文系統(tǒng)介紹了有機太陽能電池的發(fā)展歷程、工作原理,以及基于苯并二噻吩(BDT)單元、苯并噻二唑(BT)單元、苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)單元和齊聚物有機太陽能電池材料的研究現(xiàn)狀。針對目前有機太陽能電池高能量轉(zhuǎn)換效率的給體材料種類較少、分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系尚不確定等科學(xué)問題,設(shè)計合成了基于苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)單元的D-A型齊聚物和聚合物太陽能電池給體材料,并表征了它們的分子結(jié)構(gòu),系統(tǒng)研究了它們的光物理性能、電化學(xué)性能、電荷傳輸性能及其在溶液加工型本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)有機光伏(OPV)器件中的活性層形貌和光伏性能,并且利用理論計算模擬了這些給體材料的能級和最優(yōu)的分子結(jié)構(gòu),初步揭示了 D-A型齊聚物和聚合物光伏材料的分子結(jié)構(gòu)與軌道能級、光物理、電化學(xué)、電荷傳輸、光伏等性能的關(guān)系,獲得了性能優(yōu)良的齊聚物和聚合物給體材料。本論文的研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下:(1)設(shè)計合成了基于噻吩給體單元與苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)受體單元,具有D-(A-D)n(n = 2,3,4)結(jié)構(gòu)的齊聚物給體材料。系統(tǒng)地研究了 D-A重復(fù)單元的數(shù)量對齊聚物的光譜吸收、電化學(xué)能級以及光伏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著D-A單元個數(shù)的增加,齊聚物在溶液中的摩爾吸光系數(shù)也隨之增大,吸收光譜紅移,HOMO能級升高。其中5T4BDD由于較大的共軛度,更寬的吸收光譜,表現(xiàn)了更好的光伏性能,與PC71BM受體共混的BHJ-OPV器件PCE為0.51%。(2)設(shè)計合成了基于二維苯并二噻吩(BDT)給體單元,苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)體單元,具有D-(A-D)n(n = 1,2)結(jié)構(gòu)的小分子和齊聚物給體材料。通過與小分子進(jìn)行對比,系統(tǒng)研究了 D-A重復(fù)單元的個數(shù)對分子的光物理、電化學(xué)、分子平面性、分子間的堆積行為以及光伏性能的影響。其中D-(A-D)2結(jié)構(gòu)的齊聚物顯示了更強的堆積行為,表現(xiàn)出了更好的光伏性能,與受體ITIC共混的BHJ-OPV器件PCE達(dá)到了 7.89%,其開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)和填充因子(FF)分別為 0.90 V、13.23 mA/cm2 和 65.6%。(3)設(shè)計合成了以苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)和苯并噻二唑(BT)以及氟取代的苯并噻二唑(2FBT)為雙受體A1和A2單元,設(shè)計合成了一系列具有(A1-A2)n型雙受體聚合物給體材料,系統(tǒng)研究了氟原子取代對雙受體聚合物熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)性能以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明,氟原子的引入可以降低分子的最高占有軌道(HOMO)能級�；诒讲⒍绶�-4,8-二酮(BDD)和苯并噻二唑(BT)的(A1-A2)n型雙受體聚合物給體材料具有很好溶解性和電荷傳輸性能,其中聚合物PBDDBT由于具有較好的成膜性和合適的聚集能力顯示了更好的光伏性能,與PC71BM受體共混的BHJ-OPV器件PCE為1.59%。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O631
【圖文】：

邐湘潭大學(xué)２０１８屆碩士學(xué)位論文邐逡逑兩個不同功函數(shù)的電極之間，制備了第一個有機光電轉(zhuǎn)化器件。然而器件的開路逡逑電壓僅為２００邋ｍＶ，器件的光電轉(zhuǎn)化效率非常低［１７］。逡逑１９８６年，美國柯達(dá)公司鄧青云博士使用酞菁銅（ＣｕＰｃ）為給體（Ｄ）材料、四羧逡逑基茈類衍生物（ＰＶ）為受體（Ａ）材料制備了能量轉(zhuǎn)換效率接近１％的以給／受體材料逡逑為雙層結(jié)構(gòu)的有機光伏器件（如圖１．１所示）［１＼揭開了有機太陽能電池研宄的新逡逑篇章。逡逑

１．３有機太陽能電池技術(shù)簡介逡逑１．３．１有機太陽能電池工作的基本原理逡逑圖１．２為給體／受體組成的有機太陽能電池工作機理示意圖。可以看出，器件逡逑產(chǎn)生光伏效應(yīng)的過程主要分為五個步驟［２３，２４］：逡逑（１）

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳昭文;周立蓉;吳康明;管玉華;;TMDQ及其齊聚物的制備與分離[J];江蘇化工;1987年02期

2 Красильникова В.М.;李珂堂;;含羥基齊聚物ОПАН—ВС對氯甲代氧丙烷橡膠的改性[J];橡膠參考資料;1987年05期

3 王錦山;胡春圃;應(yīng)圣康;;大單體及其聚合反應(yīng)[J];化學(xué)通報;1987年10期

4 曹鏞;過丁;葉成;潘美;;2,5-噻吩齊聚物鏈結(jié)構(gòu)的表征[J];化學(xué)學(xué)報;1987年11期

5 張錫瑋;;聚酯中的環(huán)狀齊聚物(Ⅰ)[J];合成纖維工業(yè);1988年04期

6 張錫瑋;;聚酯中的環(huán)狀齊聚物(Ⅱ)[J];合成纖維工業(yè);1988年05期

7 馬瑞申,程為莊;HPGPC和HPLC測定齊聚物的聚合度分布與平均聚合度[J];分析測試通報;1988年05期

8 Н.К.Дуобииис;趙志正;;芳族環(huán)氧丙胺齊聚物作異戊生膠及其硫化膠的穩(wěn)定劑[J];橡膠參考資料;1988年06期

9 О.Б.Третьков;江畹蘭;;低頻聲場對齊聚物橡膠鏈增長動力學(xué)及性能的影響[J];橡膠譯叢;1988年04期

10 鄭國棟;高峰;趙曉光;周恩樂;徐紀(jì)平;;高分子富氧膜研究 Ⅱ.二甲基硅氧烷齊聚物與對羥基苯乙烯齊聚物交聯(lián)共聚物的合成與表征[J];應(yīng)用化學(xué);1988年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 楊文君;薛善鋒;應(yīng)士安;尚文超;;蒽中心十字交叉共軛齊聚物的設(shè)計合成及光電性質(zhì)研究[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題G 光電功能高分子[C];2015年

2 姜山;應(yīng)忠;石茹慧;趙鳳玉;;二氧化碳基脂肪族聚脲齊聚物的合成[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第十分會：高分子[C];2016年

3 晁單明;劉洪濤;張萬金;王策;;水溶性苯胺齊聚物的合成及性質(zhì)研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第05分會場摘要集[C];2010年

4 張健;黃輝;危大福;胡福增;鄭安吶;;端環(huán)氧基聚苯乙烯遙爪齊聚物合成的研究[A];2005年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

5 劉娜;王興;金娥;張萬金;;側(cè)基含有剛性大環(huán)的梳形齊聚物的合成及自組裝[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

6 應(yīng)忠;趙鳳玉;;超臨界二氧化碳體系制備聚脲齊聚物的溶劑影響[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題M 高分子工業(yè)[C];2015年

7 薛奇;周東山;王曉亮;;無規(guī)聚甲基丙烯酸甲酯在聚乙二醇齊聚物中的軟凝膠[A];2005年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2005年

8 高毅飛;王蓮芝;;聚氨酯丙烯酸酯齊聚物裂解色譜質(zhì)譜研究[A];第五屆中國輻射固化年會論文集[C];2001年

9 魏志祥;;基于共軛苯胺齊聚物的超分子自組裝[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

10 楊利國;閆雪;張萬金;賁騰;;含電活性苯胺鏈段的聚芳醚酮類環(huán)狀齊聚物合成和性質(zhì)研究[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 黨國棟;新型聚芳醚酮類剛性環(huán)狀齊聚物及其多聚體的分子設(shè)計、合成與單晶結(jié)構(gòu)研究[D];吉林大學(xué);2004年

2 陳梁;電活性苯胺齊聚物的分子設(shè)計及其性質(zhì)的研究[D];吉林大學(xué);2005年

3 毛華平;光致變色分子開關(guān)的設(shè)計、合成及性質(zhì)的研究[D];吉林大學(xué);2006年

4 劉娜;含聯(lián)萘基團的手性聚芳醚酮類環(huán)狀齊聚物及聚合物的合成、表征及自組裝研究[D];吉林大學(xué);2007年

5 何鳳;基于聯(lián)苯中心的十字交叉苯撐乙烯齊聚物的合成、表征以及光電性能研究[D];吉林大學(xué);2007年

6 徐庭華;基于咔唑的單分散共軛齊聚物的合成、表征與光物理性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2008年

7 邱賢平;基于吩噻嗪的齊聚物和樹枝狀分子的合成、表征及光物理性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2009年

8 周會鵬;含有芴的單分散功能齊聚物的合成與光物理性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2011年

9 宮琛亮;功能性聚酰亞胺齊聚物的設(shè)計、合成及低溫交聯(lián)固化研究[D];蘭州大學(xué);2011年

10 黃薛龍;新型共軛聚合物與齊聚物的設(shè)計合成與光電性能的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 夏浩;基于苯并二噻吩二酮的D-A型齊聚物及聚合物給體材料的合成及性能研究[D];湘潭大學(xué);2018年

2 李冬芹;含芘單元的帶狀齊聚物的合成與表征[D];河北大學(xué);2016年

3 柳雨;磷腈齊聚物的制備與表征[D];北京化工大學(xué);2012年

4 侯家琦;星型齊聚物功能化三聚茚的光物理特性研究[D];吉林大學(xué);2014年

5 杜倩;基于吡咯并吡咯二酮的共軛齊聚物及其有機薄膜晶體管器件[D];天津大學(xué);2017年

6 彭杰;聯(lián)苯類手性齊聚物的合成與性能研究[D];山東大學(xué);2013年

7 李煜;拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)離子液體齊聚物對聚乳酸/聚已內(nèi)酯聚集態(tài)結(jié)構(gòu)影響及其界面調(diào)控機理研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

8 劉國宗;苯胺齊聚物—聚酰亞胺梯度膜的研究[D];吉林大學(xué);2004年

9 張迪;具有特定結(jié)構(gòu)離子液體齊聚物合成及其性能研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

10 任天飛;含傒單元的梯形共軛齊聚物及聚合物的設(shè)計與合成[D];河北大學(xué);2016年

本文編號：2727307